【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,能源危機(jī)和環(huán)境污染日益嚴(yán)重,開(kāi)發(fā)清潔、安全、無(wú)污染、可持續(xù)發(fā)展的新能源已經(jīng)迫在眉睫。同其他新型環(huán)保能源相比,如水能、風(fēng)能、地?zé)崮�、潮汐能�?太陽(yáng)能具有來(lái)源豐富、不受地域限制、無(wú)噪音、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),如何高效利用太陽(yáng)能已成為科學(xué)家們研究的重要課題。其中,有機(jī)太陽(yáng)能電池(OSCs)具有成本低、質(zhì)量輕、可柔性制備等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注和研究。本論文系統(tǒng)介紹了有機(jī)太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程、工作原理,以及基于苯并二噻吩(BDT)單元、苯并噻二唑(BT)單元、苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)單元和齊聚物有機(jī)太陽(yáng)能電池材料的研究現(xiàn)狀。針對(duì)目前有機(jī)太陽(yáng)能電池高能量轉(zhuǎn)換效率的給體材料種類(lèi)較少、分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系尚不確定等科學(xué)問(wèn)題,設(shè)計(jì)合成了基于苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)單元的D-A型齊聚物和聚合物太陽(yáng)能電池給體材料,并表征了它們的分子結(jié)構(gòu),系統(tǒng)研究了它們的光物理性能、電化學(xué)性能、電荷傳輸性能及其在溶液加工型本體異質(zhì)結(jié)(BHJ)有機(jī)光伏(OPV)器件中的活性層形貌和光伏性能,并且利用理論計(jì)算模擬了這些給體材料的能級(jí)和最優(yōu)的分子結(jié)構(gòu),初步揭示了 D-A型齊聚物和聚合物光伏材料的分子結(jié)構(gòu)與軌道能級(jí)、光物理、電化學(xué)、電荷傳輸、光伏等性能的關(guān)系,獲得了性能優(yōu)良的齊聚物和聚合物給體材料。本論文的研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)果如下:(1)設(shè)計(jì)合成了基于噻吩給體單元與苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)受體單元,具有D-(A-D)n(n = 2,3,4)結(jié)構(gòu)的齊聚物給體材料。系統(tǒng)地研究了 D-A重復(fù)單元的數(shù)量對(duì)齊聚物的光譜吸收、電化學(xué)能級(jí)以及光伏性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),隨著D-A單元個(gè)數(shù)的增加,齊聚物在溶液中的摩爾吸光系數(shù)也隨之增大,吸收光譜紅移,HOMO能級(jí)升高。其中5T4BDD由于較大的共軛度,更寬的吸收光譜,表現(xiàn)了更好的光伏性能,與PC71BM受體共混的BHJ-OPV器件PCE為0.51%。(2)設(shè)計(jì)合成了基于二維苯并二噻吩(BDT)給體單元,苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)體單元,具有D-(A-D)n(n = 1,2)結(jié)構(gòu)的小分子和齊聚物給體材料。通過(guò)與小分子進(jìn)行對(duì)比,系統(tǒng)研究了 D-A重復(fù)單元的個(gè)數(shù)對(duì)分子的光物理、電化學(xué)、分子平面性、分子間的堆積行為以及光伏性能的影響。其中D-(A-D)2結(jié)構(gòu)的齊聚物顯示了更強(qiáng)的堆積行為,表現(xiàn)出了更好的光伏性能,與受體ITIC共混的BHJ-OPV器件PCE達(dá)到了 7.89%,其開(kāi)路電壓(Voc)、短路電流(Jsc)和填充因子(FF)分別為 0.90 V、13.23 mA/cm2 和 65.6%。(3)設(shè)計(jì)合成了以苯并二噻吩-4,8-二酮(BDD)和苯并噻二唑(BT)以及氟取代的苯并噻二唑(2FBT)為雙受體A1和A2單元,設(shè)計(jì)合成了一系列具有(A1-A2)n型雙受體聚合物給體材料,系統(tǒng)研究了氟原子取代對(duì)雙受體聚合物熱穩(wěn)定性、光物理、電化學(xué)性能以及光伏性能的影響。研究結(jié)果表明,氟原子的引入可以降低分子的最高占有軌道(HOMO)能級(jí)�；诒讲⒍绶�-4,8-二酮(BDD)和苯并噻二唑(BT)的(A1-A2)n型雙受體聚合物給體材料具有很好溶解性和電荷傳輸性能,其中聚合物PBDDBT由于具有較好的成膜性和合適的聚集能力顯示了更好的光伏性能,與PC71BM受體共混的BHJ-OPV器件PCE為1.59%。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O631
【圖文】：

邐湘潭大學(xué)２０１８屆碩士學(xué)位論文邐逡逑兩個(gè)不同功函數(shù)的電極之間，制備了第一個(gè)有機(jī)光電轉(zhuǎn)化器件。然而器件的開(kāi)路逡逑電壓僅為２００邋ｍＶ，器件的光電轉(zhuǎn)化效率非常低［１７］。逡逑１９８６年，美國(guó)柯達(dá)公司鄧青云博士使用酞菁銅（ＣｕＰｃ）為給體（Ｄ）材料、四羧逡逑基茈類(lèi)衍生物（ＰＶ）為受體（Ａ）材料制備了能量轉(zhuǎn)換效率接近１％的以給／受體材料逡逑為雙層結(jié)構(gòu)的有機(jī)光伏器件（如圖１．１所示）［１＼揭開(kāi)了有機(jī)太陽(yáng)能電池研宄的新逡逑篇章。逡逑

１．３有機(jī)太陽(yáng)能電池技術(shù)簡(jiǎn)介逡逑１．３．１有機(jī)太陽(yáng)能電池工作的基本原理逡逑圖１．２為給體／受體組成的有機(jī)太陽(yáng)能電池工作機(jī)理示意圖�？梢钥闯�，器件逡逑產(chǎn)生光伏效應(yīng)的過(guò)程主要分為五個(gè)步驟［２３，２４］：逡逑（１）

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本文編號(hào)：2727307